Physique-Chimie Spécialité - Phénomènes Ondulatoires, Diffraction, Interférences et Intensité Sonore

Cartes mémoires de vocabulaire et de formules sur les phénomènes ondulatoires (diffraction, interférences) et le niveau d'intensité sonore d'après le cours de physique-chimie.

Diffraction

Propriété des ondes qui se manifeste par un étalement des directions de propagation de l'onde lorsqu'elle rencontre une ouverture ou un obstacle. La fréquence est conservée lors de la diffraction.

Condition d'observation de la diffraction

Pour toutes les ondes, la diffraction est nettement observée lorsque la dimension de l'ouverture ou de l'obstacle est du même ordre de grandeur que la longueur d'onde $\frac{\text{ordre}}{\text{grandeur}}$ ou inférieure à elle.

Écart de la diffraction $\theta$

Angle exprimé par $\theta = \frac{\frac{\text{longueur}}{\text{onde}}}{a}$ ou $\theta = \frac{L}{2D}$. Il augmente lorsque la longueur d'onde de l'onde progressive sinusoïdale augmente et lorsque la dimension $a$ de l'obstacle ou de l'ouverture diminue.

Figure de diffraction par un trou circulaire

Figure constituée de cercles concentriques alternativement sombres et clairs.

Interférence

Propriété des ondes qui se manifeste en tout point d'un milieu où deux ondes de même fréquence se superposent.

Interférences constructives

Interférences se produisant lorsque deux ondes provenant de deux sources cohérentes arrivent en phase en un point $M$, rendant l'amplitude de la vibration résultante en $M$ maximale.

Interférences destructives

Interférences se produisant lorsque deux ondes provenant de deux sources cohérentes arrivent en un point $P$ en opposition de phase, rendant l'amplitude de la vibration résultante minimale.

Différence des retards $\frac{\text{retard}}{\text{onde}}$ constructive et destructive

Pour une onde constructive, $\frac{\text{retard}}{\text{onde}} = T_2 - T_1 = k T$ avec $k \text{ appartenant à } \frac{\text{ensemble}}{\text{entiers}}$. Pour une onde destructive, $\frac{\text{retard}}{\text{onde}} = T_2 - T_1 = (2k+1)\frac{T}{2}$ avec $k \text{ appartenant à } \frac{\text{ensemble}}{\text{entiers}}$, où $T$ est la période des ondes.

Différence de marche $\frac{\text{différence}}{\text{marche}}$ ($\frac{\text{symbole}}{\text{delta}}$)

Grandeur définie par $\frac{\text{différence}}{\text{marche}} = d_2 - d_1 = S_2 M - S_1 M$. Les interférences sont constructives si $\frac{\text{différence}}{\text{marche}} = k \frac{\text{longueur}}{\text{onde}}$ et destructives si $\frac{\text{différence}}{\text{marche}} = (2k+1)\frac{\frac{\text{longueur}}{\text{onde}}}{2}$ avec $k \text{ appartenant à } \frac{\text{ensemble}}{\text{entiers}}$.

Interfringe $i$

Distance qui sépare les milieux de 2 franges consécutives de même nature. Son expression est $i = \frac{\frac{\text{longueur}}{\text{onde}} D}{a}$, où $D$ est la distance entre les fentes et l'écran, et $a$ la distance entre les fentes.

Intensité sonore $I$

Puissance $P$ par unité de surface $S$ transportée par une onde sonore: $I = \frac{P}{S}$. $P$ s'exprime en Watt ($W$), $S$ en mètre carré ($m^2$) et $I$ en Watt par mètre carré ($W \times m^{-2}$).

Niveau d'intensité sonore $L$

Grandeur définie en décibels ($dB$) par $L = 10 \times \text{log}\frac{\text{p1}}{\text{p2}}\frac{I}{I_0}$, avec $I$ en $W \times m^{-2}$ et $I_0 = 10^{-12} W \times m^{-2}$.

Variation du niveau sonore lors du doublement de l'intensité

Lorsque l'intensité sonore $I$ est multipliée par $2$, le niveau sonore $L$ n'est pas multiplié par $2$, mais augmente de $3 dB$ (par exemple, de $60 dB$ à $63 dB$).

Calcul de $I$ à partir du niveau sonore $L$

Formule issue de la fonction réciproque $x \rightarrow 10^x$ du logarithme décimal: $I = I_0 \times 10^{\frac{L}{10}}$, avec $I$ et $I_0$ en $W \times m^{-2}$ et $L$ en $dB$.

Atténuation d'un son $A$

Diminution du niveau d'intensité sonore passant de $L$ à $L'$, définie par $A = L - L' = 10 \times \text{log}\frac{\text{p1}}{\text{p2}}\frac{I}{I'}$, avec $A$, $L$ et $L'$ en décibels ($dB$) et $I$, $I'$ en $W \times m^{-2}$.

Atténuation géométrique

Diminution de l'intensité sonore lorsque l'on s'éloigne d'une source car l'aire de la surface sur laquelle la puissance émise se répartit augmente: $A = L_{\text{proche}} - L_{\text{éloigné}}$.

Atténuation par absorption

Diminution de l'intensité sonore lorsque le son traverse un milieu matériel dans lequel une partie de la puissance sonore est absorbée: $A = L_{\text{incident}} - L_{\text{transmis}}$.